Из чего состоит солнечная панель. Как устроены и из чего состоят солнечные панели: подробный разбор компонентов и технологий

Из каких основных компонентов состоит солнечная панель. Как работают фотоэлементы в солнечных батареях. Какие материалы используются для производства солнечных панелей. Чем отличаются монокристаллические и поликристаллические панели. Как собираются и защищаются солнечные модули.

Основные компоненты солнечной панели

Солнечная панель представляет собой сложное устройство, состоящее из нескольких ключевых компонентов:

• Фотоэлементы (солнечные элементы)
• Защитное стекло
• Полимерная пленка (EVA)
• Задняя защитная пленка
• Распределительная коробка
• Алюминиевая рама
• Соединительные провода

Каждый из этих элементов играет важную роль в работе и защите солнечной панели. Рассмотрим их подробнее.

Фотоэлементы — сердце солнечной панели

Фотоэлементы являются ключевым компонентом солнечной панели, преобразующим энергию солнечного света в электричество. Как они работают?

• Фотоэлементы изготавливаются из полупроводникового материала, чаще всего кремния
• При попадании солнечного света на фотоэлемент в нем возникает разность потенциалов
• Электроны начинают двигаться, образуя электрический ток
• Чем больше света попадает на элемент, тем больше вырабатывается электричества

Эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую у современных фотоэлементов достигает 22-24%.

Типы кремния для производства фотоэлементов

Для изготовления фотоэлементов используются два основных типа кремния:

Монокристаллический кремний

• Изготавливается из цельного кристалла сверхчистого кремния
• Имеет более высокий КПД (до 22-24%)
• Более дорогой в производстве
• Имеет характерный темный однородный цвет

Поликристаллический кремний

• Производится из переплавленных кремниевых кристаллов
• Имеет чуть меньший КПД (до 18-20%)
• Дешевле в производстве
• Имеет неоднородную структуру с видимыми гранями кристаллов

Выбор типа кремния зависит от требуемой эффективности и бюджета проекта.

Защитное стекло солнечной панели

Поверх фотоэлементов в солнечной панели устанавливается специальное защитное стекло. Какие функции оно выполняет?

• Защищает фотоэлементы от механических повреждений и воздействия окружающей среды
• Обладает высокой светопропускающей способностью (до 95%)
• Имеет специальное антибликовое покрытие для максимального пропускания света
• Закаленное и ударопрочное — выдерживает сильный град и снеговые нагрузки

Качественное защитное стекло обеспечивает долгий срок службы солнечной панели в любых погодных условиях.

Полимерная пленка EVA в конструкции панели

Между защитным стеклом и фотоэлементами, а также под ними располагается специальная полимерная пленка EVA (этиленвинилацетат). Для чего она нужна?

• Герметизирует и защищает фотоэлементы от влаги
• Обеспечивает надежную фиксацию всех слоев панели
• Имеет высокую светопроницаемость
• Устойчива к ультрафиолетовому излучению

EVA пленка надежно склеивает все компоненты панели в монолитную конструкцию.

Задняя защитная пленка солнечной панели

С обратной стороны солнечная панель защищена специальной пленкой. Ее основные функции:

• Защита от проникновения влаги и пыли
• Электрическая изоляция панели
• Отражение избыточного тепла для лучшего охлаждения
• Дополнительная прочность конструкции

Чаще всего используется многослойная пленка на основе фторопласта, устойчивая к воздействию окружающей среды.

Распределительная коробка солнечной панели

На тыльной стороне панели устанавливается распределительная коробка. Какие задачи она решает?

• Объединяет электрические контакты всех фотоэлементов
• Содержит диоды для защиты от обратных токов
• Обеспечивает герметичное подключение внешних проводов
• Защищает контакты от влаги и пыли

Качественная распределительная коробка гарантирует надежное электрическое соединение и защиту контактов панели.

Алюминиевая рама солнечной панели

По периметру солнечная панель обрамляется алюминиевым профилем. Зачем нужна эта рама?

• Придает конструкции дополнительную жесткость
• Защищает торцы панели от повреждений
• Обеспечивает удобный монтаж на крепления
• Отводит дождевую воду от поверхности панели

Легкая и прочная алюминиевая рама позволяет надежно устанавливать солнечные панели на любые поверхности.

Процесс сборки солнечной панели

Сборка солнечной панели из отдельных компонентов — сложный технологический процесс:

1. Фотоэлементы соединяются в электрическую цепь
2. Собранная цепь помещается между слоями EVA пленки
3. Сверху укладывается защитное стекло
4. Снизу крепится задняя защитная пленка
5. Вся конструкция спрессовывается под давлением и нагревом
6. Устанавливается распределительная коробка
7. Панель обрамляется алюминиевым профилем

В результате получается монолитная конструкция, устойчивая к внешним воздействиям.

Эффективность и срок службы солнечных панелей

Современные солнечные панели обладают высокими характеристиками:

• КПД достигает 22-24% для монокристаллических панелей
• Срок службы составляет 25-30 лет
• Ежегодная деградация не превышает 0,5-0,7%
• Выдерживают сильный град, снег, ветер

При правильном монтаже и обслуживании солнечные панели надежно работают десятилетиями, обеспечивая стабильную выработку электроэнергии.

Солнечная электростанция: устройство, компоненты

Поэтому в этой статье мы постараемся рассказать что же такое солнечная электростанция (СЭ) и из чего они состоит, какие бывают варианты и сколько приблизительно стоят.

Например, давайте рассмотрим солнечную электростанцию для частного дома, т.к. это наиболее частное ее применение среди жителей России.

Наиболее типичная солнечная электростанция состоит из 4-х основных компонентов:

1. Солнечная панель
2. Контроллер заряда
3. Аккумулятор
4. Инвертор

Ниже приведён схематический рисунок солнечной электростанции с указанием того, как соединяются между собой все компоненты системы.

Соединительное и защитное оборудование пока во внимание не принимаем, они них мы расскажем в отдельной статье.

Теперь подробнее рассмотрим каждый из компонентов солнечной электростанции.

1. Солнечные панели

Солнечные панели или еще их называют солнечными батареями – это , наверное, самый ключевой компонент солнечной электростанции. Основная задача солнечных панелей – это преобразование солнечной энергии в электрическую.

Номинальная мощность

Сама солнечная панель состоит из ячеек кристаллического  кремния, ещё эти ячейки называют солнечными элементами.  Количеством таких солнечных элементов определяется номинальная мощность солнечной панели.  Так, солнечные панели бывают мощность 100, 150, 200, 250, 300Вт. Есть и другие номиналы, но это самые популярные.  Так вот, солнечная панель мощностью 300Вт, здесь 300Вт – это максимальная мощность, которую может выдать солнечная панель.  В идеальном случае, за один час выработка такой солнечной панели составит 300Вт*ч. 

Ниже показаны несколько вариантов солнечных панелей, кликнув на каждый из них, можно детально посмотреть на характеристики и на фотографии в высоком разрешении :

Выработка электроэнергии

Выработка электроэнергии солнечной панелью сильно зависит от внешних факторов. По факту, заявленную номинальную мощность панель может обеспечить только в идеальных условиях, когда солнечные лучи падают на поверхность солнечной панели под прямым углом. Также выработка электроэнергии зависит от интенсивности самого солнечного излучения. В России пик интенсивности солнечного излучения приходится на июнь-июль. При неблагоприятных погодных условия, например, облачность, дождь или просто пасмурная погода, выработка электроэнергии снижается. Меньше солнца – меньше выработка.

Для примера, ниже показан график выработки электроэнергии четырьмя поликристаллическими солнечными панелями мощностью по 250Вт. Видно, что пик выработки приходится на период май-июль, в эти месяцы в сутки будет сгенерировано до 5кВт*час энергии. Минимум приходится на период ноябрь-январь. В зимние месяцы выработка вообще может снижаться в 10-15 раз по сравнению с летним периодом.

График приведён из расчета расположения солнечных панелей в Казани с углом наклона ~50° c ориентацией на юг.

Помимо мощности, солнечные панели еще отличаются номинальным рабочим напряжением.

• до 200Вт – 12 вольт
• от 200Вт (включительно) – 24 вольта

Номинальное напряжение солнечных панелей необходимо знать для правильного подбора остальных компонентов системы.

Монокристалл, поликристалл

Как было написано выше, ячейки солнечной панели изготовлены из кристаллического кремния, только сам кремний тоже бывает разного типа:

• Монокриллический. Наивысшая эффективность (КПД), стоят немного дороже.
• Поликристаллический.  Эффективность меньше (обычно на 1-2%) чем у монокристалла, но стоят дешевле.

Есть мнение, что поликристаллические солнечные панели лучше подходят для климата с частной пасмурно или облачной погодой, якобы они лучше поглощаю рассеянный свет, но явно это не замечено. Если такой эффект есть, то он совсем незначительный.

Соединение солнечных панелей

Для увеличения мощности солнечные панели соединяют в массив, например, 4 солнечные панели номинальной мощностью 250Вт могут выдать суммарную мощность 1кВт. При этом, солнечные панели можно соединить между собой 3 различными способами:

• Параллельное соединение. При этом типе соединения номинальное напряжение 4-х соединёных солнечных панелей останется 24 вольта, ток увеличится в 4 раза.
• Последовательное соединение. Здесь наоборот, номинальное напряжение увеличится в 4 раза и составит 96 вольт, а значение тока останется на уровне, соответствующей одной панели.
• Параллельно-последовательное соединение. Если параллельно соединить две пары последовательное соединённых солнечных панелей до номинальное напряжение составит 48 вольт, а ток увеличится в 2 раза.

Какой тип соединения нужно использовать в том или ином случае, главным образом зависит от периферийного оборудования, а именно контроллера заряда, инвертора и планируемого количества аккумуляторов.

На этом про солнечные панели пока всё, далее переходим к контроллерам заряда.

2. Контроллер заряда

Контроллера заряда – это промежуточное, но очень важное звено между солнечными панелями и аккумуляторами, он по своей сути управляет потоком энергии от первого ко второму, т.е. управляет процессом заряда аккумулятора, защищает от его перезаряда и закипания.

Чтобы лучше понять для чего необходим контроллер заряда, давайте рассмотрим очень простую солнечную электростанцию состоящую из одной монокристаллической солнечной панели мощностью 150Вт, одного контроллера заряда и одного аккумулятора.

Панель мощностью 150Вт, как было написано выше, её номинальное напряжение составляет 12 вольт, но у неё есть еще такой важный параметр как рабочее напряжение и оно составляет  Vmp~17.6В, а также напряжение холостого хода Voc=21.7В,  такое напряжение выдаёт солнечная батарея без подключенной нагрузки, т.е. без какого-либо потребителя.  Если вы попробуете подключиться вольтметром к клеммам + и – солнечной панели, то как раз получите напряжение ~21.7В. Все эти параметры указываются на специальной наклейке на обратной стороне солнечной панели.

Фотография обратной стороны солнечной панели

Можно ли обойтись без контроллера

Теперь что произойдёт, если солнечную панель подключить напрямую к аккумулятору? Это просто в очень короткий срок  выведет аккумулятор полностью из строя, т. к. допустимое напряжение на клеммах аккумулятора не должно превышать ~14В, а солнечная панель, как вы уже знаете, выдаст большее на несколько вольт значение. Т

Если аккумулятор был разряжен, то он конечно же зарядится, но далее пойдет процесс перезаряда (не путать с повторным зарядом, здесь речь идёт заряде сверх нормы) с последующим его закипанием. Контроллер заряда как раз всё это предотвращает, поддерживает требуемый уровень напряжения на клеммах аккумулятора, отключает заряд, если аккумулятор уже заряжен, предотвращает разряд аккумулятора в тёмное время суток, т.к. если нет выработки, от солнечные панели сами могут стать потребителем. Всё это в купе продлевает срок службы аккумулятора.

Типы контроллеров

Контроллеры заряда бывают двух типов, MPPT и ШИМ.

•  MPPT ( сокр. от англ. Maximum Power Point Tracking)  (эМППТ) слежение за точкой максимальной мощности.
• ШИМ (Широтно-импульсная модуляция, на анл.   PWM Puls Width Modulation).

Первые эффективнее, но стоят дороже. ШИМ контроллеры обычно устанавливаются на маломощных солнечных электростанциях, с небольшим количеством солнечных панелей.

3. Аккумуляторы

Аккумуляторы позволяют накапливать электрическую энергию, вырабатываемую солнечными панелями и использовать её после захода солнца.

Стартерные или автомобильные

Часто встречаются варианты, когда владельцы солнечных электростанций в своих системах используют обычные автомобильные стартерные свинцово-кислотные аккумуляторы. Мы не советуем это делать, поскольку такие аккумуляторы не предназначены для использования в системах резервного или автономного электроснабжения. Основная задача таких аккумуляторов – это выдать большой пусковой ток для запуска двигателя, затем восполнить потраченный заряд от генератора. Такие аккумуляторы не предназначены для эксплуатации в режиме полного разряда. Буквально через несколько таких циклов они могут полностью выйти из строя и единственно что с ними можно будет сделать – это сдать на утилизацию.

Глубокого разряда

Наиболее оптимальные аккумуляторы для использования в солнечной энергетике – аккумуляторы глубокого разряда. Почти у каждого брендового производителя есть специальная серия таких аккумуляторов, чаще всего они изготовлены по технологии
AGM и/или GEL.

 На что способны такие аккумуляторы:

• Цикличная работа в режиме глубокого разряда/разряда
• Малый ток саморазряда
• Широкий рабочий диапазон температур
• Полностью герметичные, нет выделений паров кислоты
• Срок службы до 12 лет в буферном режиме

Ёмкость аккумуляторов

Кроме технологии изготовления, аккумуляторы также отличаются ёмкостью, чем больше ёмкостью, тем больше количество энергии в нём запасено. Например, если рассмотреть аккумулятор ёмкостью 100А*ч, то запасенная полезная мощность в нём составляет ~800Вт, это означает, есть к системе подключена нагрузка, например, с потреблением 150Вт*ч, то аккумулятор сможет проработать около 5 часов.

Наиболее часто используемый аккумулятор в солнечных электростанциях для дома – это аккумулятор ёмкостью 200А*ч. Запасённая мощность в нем ~1.5кВт. Кстати, весит такой аккумулятор около 60 килограмм.

Соединение аккумуляторов

Для создания системы с большим резервом автономности необходимо увеличивать количество аккумуляторов. Соединение аккумуляторов можно реализовать по тому же принципу, что и солнечные панели. Какой именно тип соединения использоваться зависит от номинального напряжения контролера заряда и инвертора. Так, если контроллер на 24В, то аккумуляторы (2 шт.) нужно соединять последовательно, чтобы также получить 24В. Если контроллер на 12В, а имеется два аккумулятора, то их нужно соединять параллельно.

С соединением и эксплуатацией аккумуляторов много нюансов, нам часто задают такие вопросы как, можно увеличить ёмкость системы просто докупив еще один аккумулятор, можно ли соединять аккумуляторы разной ёмкости, для чего нужно использовать балансиры заряда и пр. Об всём этом мы расскажем в отдельных статьях.

4. Инвертор

Инвертор – это устройство, которое преобразует постоянное (DC, сокр. от англ. Direct Current) напряжение аккумуляторных батарей в привычное нам переменное (AC, сокр. от англ. Alternating Current ) напряжение ~220В с частотой 50Гц. Без инвертора можно будет пользоваться только постоянным напряжением 12В, у контроллера заряда есть специальные клеммы для этого, но если нужно подключать бытовые электро-приборы, то без инвертора не обойтись.

Инверторы, применяемые в солнечной энергетике, можно разделить на 3 вида:

• Автономные инверторы. Такой тип инверторов клеммами подключается к аккумулятору. На одной из сторон корпуса имеется разъем под вилку, для подключения нагрузка. Такой тип инвертор можно использовать вовсе без солнечных панелей, т.к. они оснащены входом ~220В, т.е. они умеют делать не только DC/AC преобразование, но работать в обратном направлении, а именно заряжать аккумулятор от сети 220В. Такой тип инверторов должен работать в паре с контроллером заряда.
• Гибридные инверторы. Это по сути 2 прибора в 1 корпусе: контроллера заряда и инвертор. т.е. нет необходимости в отдельном контроллере заряда к в случае с автономным инвертором. Солнечные панели подключаются напрямую к инвертору, а именно к встроенному контроллеру. У данного типа солнечных инверторов также есть возможность работы с входящим напряжением 220В.
• Сетевые инверторы.  Похожи на гибридный инвертор, также есть встроенный контроллер заряда, только работает такой инвертор без аккумуляторов, вся вырабатываемая солнечными панелями электроэнергия преобразуется в 220В и подаётся на нагрузку, т.е. потребители. Неизрасходованная электрическая энергия через двунаправленный счётчик электроэнергии подаётся во внешнюю (магистральную) электрическую сеть по зелёному тарифу (прим., в России зелёный тариф не действует). Такой тип инверторов наиболее популярен в Европе и США.

Ниже, как раз, приведены карточки товара автономного инвертора СибВольт, гибридного инвертор SILA и сетевого инвертора Sofar. Каждый из них с номинальной мощность 3000Вт. Кликнув на фотографию можно посмотреть детальные технические характеристики, описание и фотографии.

Теперь у вас есть некоторые представление о солнечной электростанции, из каких компонентов состоит, какие характеристики бываю и на что нужно обращать внимание.

Примеры солнечных электростанций

Чтобы вы могли прикинуть сколько может стоить солнечная электростанция, ниже представлены готовые комплекты для дачи, для дома, а также сетевая электростанция. Кликнув на фотографию, откроется карточка товара с подробными описанием.

Подбор индивидуального комплекта

Если вы хотите подобрать для себя солнечную электростанцию, но не знаете с чего начать или не знаете какое оборудование подобрать по вы можете пройне небольшой опрос, по результатом которого мы подберём для вас оптимальный комплект оборудования

Подобрать комплект

 

А если вы из Казани и хотите купить солнечную электростанцию, то для вас всё еще проще – можете приехать к нам в офис, посмотреть “в живую” на оборудование и подобрать оптимальный для себя комплект. Как до нас добрать вы можете посмотреть на нашей странице контактов.

Из чего состоит солнечная батарея и как она устроена

Солнечные батареи, как инструмент получения альтернативной энергии, завоевывают популярность в Украине. Установить панели для личного пользования или продажи преобразованной электрической энергии может как предприятие, так и рядовой гражданин. Недешевое лет 5-7 назад оборудование сейчас достаточно быстро окупается потому что массовое производство фотомодулей во всем мире и усовершенствование технологии позволяет удешевить продукт, и владелец солнечной станции может начинает получать пассивный доход благодаря продаже излишков электроэнергии. В других странах предусмотрены налоговые льготы и компенсации. Ну а главное, что установка такой системы – это частичная компенсация или обретение полной энергетической независимости от центральных электросетей с их неизбежной стоимостью роста тарифов на электроэнергию для населения.

Но об этом в другой статье. А здесь мы хотим поговорить о строении фотоэлектрических панелей, которые собирают и трансформируют энергию солнца. Фотоэлектрический эффект был открыт Александром Беккерелем в 19 веке, однако в то время это была лишь теория. Спустя полвека был создан первый фотоэлемент, который сконструировал А. Столетов. Электрон в полупроводнике под воздействием фотона покидает совй атом в одном слое и через нагрузку (полезную работу можно так сказать) переходит в другой слой. Конечно в процессе есть определенные потери, и кроме этого первый материал ,это был селен, дава КПД около одного процента. Поэтому сама технология вышла из лабораторий и стала применяться уже когда нашли более эффективный материал для фотомодулей.

Так из чего сделана солнечная батарея? Знать это важно, так как состав и устройство панелей отличается. И именно элементы конструкции определяют ее эффективность. Специалисты компании GREEN SYSTEM отвечают на вопросы, которые наиболее часто нам задают на первой встрече заказчики.

Из чего состоит солнечная батарея?

В состав солнечной батареи входят:

• кремниевые элементы;
• алюминиевая рама;
• закаленное стекло;
• полимерная пленка;
• распределительная коробка;
• герметики.

Из чего сделана солнечная панель?

Такая панель состоит из множества фотоэлементов, объединенных в одну цепь. От числа, типа соединения, материала изготовления фотоэлементов зависит, сколько энергии сможет выдавать один модуль.

Изготавливаются фотоэлементы чаще всего из кремния. И хоть сегодня предлагаются инновационные материалы для производства солнечных панелей, кремний остается лидером производства. Кремний, получаемый из недр, имеет многочисленные примеси. Процесс очистки его до нужного состояния достаточно трудоемкий, но важный. Ведь от степени очистки кремния напрямую зависит КПД фотоэлементов. Это сказывается на стоимости солнечных батарей. Но и степень очистки – это еще не все. 

Чтобы вам было понятнее, из чего делают солнечные батареи, важно отметить, что кремний бывает монокристаллическим и поликристаллическим.

Кремниевый монолит получается сложным технологическим путем. Очищенный кремний расплавляют. Из полученной массы выращивается цельный кристалл. По достижении им определенных размеров он режется на тончайшие пластины, которые и применяются в производстве фотоэлементов. Долгий, экономически затратный, сложный процесс. Используют его только потому, что солнечные батареи, получаемые из монокристаллического кремния, демонстрируют максимально возможную эффективность.

Поликристаллический кремний получается гораздо проще. Технология предусматривает использование сырья с присутствием примесей. Так как очистка не столь глубокая, стоимость производства гораздо ниже, чем в первом случае. Природный кремний расплавляется, доводится до парообразного состояния. Пары, поднимаясь вверх, охлаждаются. Кремниевый порошок осаждается, образуя равномерный слой. Пластины для солнечных панелей готовы.

Как соединяются фотоэлементы в панель?

Соединение кремниевых фотоэлементов в солнечной батарее может быть выполнено последовательным или параллельным способом. Технология соединения выбирается с учетом того, какие выходные параметры нужно повысить – ток, напряжение и мощность. Если элементы соединяются последовательно, повышается показатель напряжения. При параллельном соединении фотоэлементов увеличивается выходной ток. Когда стоит задача повысить и ток, и напряжение, используется комбинация двух способов. Важно, что при комбинированном соединении, если один солнечный элемент выходит из строя, вся цепочка сохраняет пропускную способность. Из этого следует, что комбинированный способ соединения повышает надежность всей панели.

Как защищена панель от внешних воздействий? 

Соединенные в панель фотоэлементы с лицевой стороны защищены ударопрочным стеклом. Снизу конструкцию защищает специальная пленка. Чтобы соединить такой «пирог» в единое целое, используются герметики.

Для чего нужна распределительная коробка?

С задней части панели имеется распределительная коробка, защищенная от метеорологических проявлений корпусом. По сути, это переход от всех фотоэлементов к проводам, которые идут к контроллеру.

Какую роль играет в конструкции алюминиевая рама?

Рама из анодированного алюминия защищает панель от внешних воздействий, а также используется для фиксации ее на столе или иной конструкции. Анодированный алюминий выбран в качестве материала изготовления не случайно. Изделия из него получаются легкими и прочными. Жесткая рама не подвержена воздействию коррозии, способна выдерживать большие ветровые и статические нагрузки.

Эксперты нашей компании готовы более подробно рассказать вам, из чего состоит солнечная батарея. Чтобы узнать больше, свяжитесь с менеджером GREEN SYSTEM и закажите консультацию. Специалист расскажет о критериях выбора, параметрах расчета мощности панелей для конкретных целей.

Как вообще делаются солнечные батареи?

Несмотря на огромный источник энергии, сияющий в небе, отрицатели продолжают спорить и преуменьшать достоинства солнечной энергии и других возобновляемых источников энергии, снова и снова задавая одни и те же вопросы: насколько эффективна солнечная энергия? Разве это не дороже? Что происходит, когда солнце садится или становится облачно?

Мы развенчивали эти мифы раньше, но нам всегда задают застенчивый вопрос: Хорошо, но из чего сделаны солнечные панели и не вредим ли мы климату, создавая их?

Не нужно быть застенчивым. Это немного сложно!

Во-первых, это сама панель.

Большие черные солнечные панели, которые вы видите в домах и на предприятиях, состоят из множества солнечных элементов (или фотоэлектрических элементов), изготовленных из кремниевых полупроводников, которые поглощают солнечный свет и создают электрический ток. Эти отдельные ячейки соединены вместе, чтобы сделать одну солнечную панель.

Если вы хотите получить еще больше технических знаний, вы можете взглянуть на структуру этих отдельных солнечных элементов. Они сделаны из двух типов полупроводников: положительного (p-типа) и отрицательного (n-типа) слоев кремния.

В то время как слой кремния n-типа имеет дополнительные электроны, которые могут перемещаться относительно свободно, слой p-типа имеет электронные вакансии, называемые дырками. Когда вы соединяете слои вместе, электроны начинают переходить из n-типа в p-тип, который образует особый контакт и создает в материале электрический потенциал. Когда солнечный свет попадает на это соединение, фотон может выбить электрон и оставить после себя дыру. По мере того, как все больше электронов заполняют вновь созданные дырки, свободные электроны начинают собираться на полюсе. Собранные электроны затем проходят через проводник, и возникает электрический ток.

Почему кремний?

В 1940-х годах исследователь из Bell Labs по имени Рассел Ол обнаружил функциональность PN-перехода и то, что кремний — элемент, обнаруженный в песке и второй по распространенности элемент в земной коре после кислорода — проявляет свойства, способствующие формированию данного стыка.

Ученые продолжали работать над открытием Оля, и в 1954 году Bell Labs представила первый современный солнечный элемент.

Демонстрация вдохновила статью New York Times 1954 года, в которой предсказывалось, что солнечные элементы в конечном итоге приведут к «осуществлению одной из самых заветных мечтаний человечества — использованию почти безграничной энергии солнца».

В настоящее время фотоэлектрические (PV) элементы в основном производятся серийно и вырезаются с помощью лазеров, что далеко от их скромного происхождения.

Далее инвертор. Солнечные элементы собирают солнечную энергию и превращают ее в электричество постоянного тока. Однако в большинстве домов и предприятий используется переменный ток (AC). Инверторы превращают электричество постоянного тока от солнечных батарей в пригодное для использования электричество переменного тока.

Наконец, есть система крепления , позволяющая держать все это на крыше или надежно закреплять на земле. Как правило, в северном полушарии солнечные панели должны быть обращены на юг и устанавливаться под углом 30 или 45 градусов, в зависимости от расстояния от экватора. Фиксированные крепления удерживают панели на месте, но также доступны крепления на гусеницах, которые «следуют» за солнцем в течение дня, хотя обычно они дороже.

Итак, насколько все это зелено?

Да, это правда, что при производстве солнечных панелей образуется углекислый газ, как и при производстве большинства вещей. Есть также некоторая законная озабоченность по поводу утилизации солнечных батарей.

Но по мере того, как производство солнечных панелей становится более эффективным, его углеродный след значительно сокращается. В исследовании 2016 года сообщается , что общие производимые выбросы снижались на 17–24 процента каждый раз, когда мощность установки удваивалась за последние 40 лет.

И общие выбросы парниковых газов, связанные с солнечной энергией, по-прежнему (что неудивительно) намного ниже, чем при использовании угля или природного газа. Сами солнечные панели могут работать десятилетиями без особого обслуживания, а поскольку их части не изнашиваются быстро, хорошо известно, что фотоэлектрические панели продолжают производить чистую электроэнергию намного дольше, чем их часто длительные гарантии, хотя иногда с немного меньшей эффективностью по сравнению с годами. исчезают от одного к другому.

По окончании срока службы панели некоторые производители предлагают своим клиентам глобальные программы утилизации.

Исследование Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), проведенное в июне 2012 года, в котором изучались скорости фотоэлектрической деградации около 2 000 солнечных установок за период в 40 лет, показало, что средняя солнечная система теряет всего 0,5 процента своей выходной мощности в год. Таким образом, к концу типичной 25-летней гарантии солнечные панели на вашей крыше все еще могут работать примерно на 87 процентов от своей первоначальной мощности.

Кроме того, с ростом популярности солнечной энергии ожидается, что программы и компании по переработке отходов будут расти и становиться более надежными в будущем.

Узнайте больше о преимуществах солнечной энергии, загрузив нашу бесплатную электронную книгу  Все выглядит ярко: факты о солнечной энергии или просмотрев Знание – сила , наше сотрудничество с HGTV’s Property Brothers соведущий и защитник солнечной энергии Джонатан Скотт.

В электронной книге рассказывается о невероятных преимуществах солнечной энергии и обманчивой тактике, которую используют предприятия, работающие на ископаемом топливе, чтобы защитить свою прибыль за счет каждого человека на планете.

Как делают солнечные батареи?

Производство кристаллических солнечных модулей

Солнечный фотоэлектрический модуль состоит из солнечных элементов, стекла, EVA, заднего листа и рамы. Узнайте больше о компонентах и ​​процессе изготовления солнечной панели.

На рынке доступны солнечные панели 3 типов:

• монокристаллические солнечные панели

• поликристаллические солнечные панели

• тонкопленочные солнечные панели

Таким образом, на уровне клеточной структуры существуют различные типы материалов для производства, такие как монокремний, поликремний или аморфный кремний (AnSi). Первые 2 вида ячеек имеют схожий производственный процесс. Читайте ниже об этапах производства кристаллической солнечной панели.

Шаг 1: Песок

Все начинается с сырья, которым в нашем случае является песок. Большинство солнечных панелей сделаны из кремния, который является основным компонентом природного пляжного песка.

Кремний широко доступен, что делает его вторым наиболее доступным элементом на Земле.

Однако преобразование песка в высококачественный кремний требует больших затрат и является энергоемким процессом. Кремний высокой чистоты получают из кварцевого песка в дуговой печи при очень высоких температурах.

Этап 2: Слитки

Кремний собирают, как правило, в виде твердых пород. Сотни этих пород сплавляются вместе при очень высоких температурах, чтобы сформировать слитки в форме цилиндра. Для достижения желаемой формы используется стальная цилиндрическая печь.

В процессе плавления внимание уделяется тому, чтобы все атомы были идеально выровнены в желаемой структуре и ориентации. В процесс добавляется бор, который придает силикону положительную электрическую полярность.

Монокристаллические элементы изготавливаются из монокристалла кремния. Монокремний имеет более высокую эффективность преобразования солнечной энергии в электричество, поэтому цена монокристаллических панелей выше.

Полисиликоновые элементы изготавливаются путем сплавления нескольких кристаллов кремния. Вы можете узнать их по виду разбитого стекла, придаваемому различными кристаллами кремния. После остывания слитка производят шлифовку и полировку, оставляя слиток с плоскими сторонами.

Этап 3: Вафли

Вафли представляют собой следующий этап производственного процесса.

Слиток кремния нарезается на тонкие диски, также называемые пластинами. Канатная пила используется для точной резки. Тонкость пластины аналогична толщине листа бумаги.

Поскольку чистый кремний блестящий, он может отражать солнечный свет. Чтобы уменьшить количество потерянного солнечного света, на кремниевую пластину наносится антибликовое покрытие.

Этап 4: Солнечные элементы

Следующие процессы преобразуют пластину в солнечный элемент, способный преобразовывать солнечную энергию в электричество.

Каждая из пластин обрабатывается, и на каждую поверхность добавляются металлические проводники. Проводники придают пластине сеткообразную матрицу на поверхности. Это обеспечит преобразование солнечной энергии в электрическую. Покрытие будет способствовать поглощению солнечного света, а не его отражению.

В камере, похожей на печь, фосфор распыляется тонким слоем по поверхности пластин. Это зарядит поверхность отрицательной электрической ориентацией. Комбинация бора и фосфора создаст положительно-отрицательное соединение, что имеет решающее значение для правильного функционирования фотоэлектрической ячейки.

Шаг 5: От солнечной батареи к солнечной панели

Солнечные батареи спаяны вместе с помощью металлических соединителей для соединения ячеек. Солнечные панели состоят из солнечных элементов, объединенных в матричную структуру.

Текущие стандартные предложения на рынке:

• Панели с 48 ячейками – подходят для небольших жилых крыш.

• 60-ячеечные панели — это стандартный размер.

• Панели с 72 ячейками – используются для крупномасштабных установок.

Самой распространенной системой в пересчете на кВт·ч для домов в Великобритании является солнечная система мощностью 4 кВт·ч.

После сборки ячеек на лицевую сторону, обращенную к солнцу, наносится тонкий слой (около 6-7 мм) стекла. Задний лист изготовлен из высокопрочного материала на полимерной основе. Это предотвратит попадание воды, почвы и других материалов на панель сзади. Впоследствии добавляется соединительная коробка, чтобы обеспечить соединения внутри модуля.

Все собирается вместе после сборки рамы. Рама также обеспечит защиту от ударов и непогоды. Использование рамы также позволяет монтировать панель различными способами, например, с помощью монтажных зажимов.

ЭВА (этиленвинилацетат) — это клей, который соединяет все вместе. Очень важно, чтобы качество герметика было высоким, чтобы он не повреждал клетки в суровых погодных условиях.

Шаг 6. Тестирование модулей

Когда модуль готов, проводится тестирование, чтобы убедиться, что ячейки работают должным образом. STC (стандартные условия испытаний) используются в качестве ориентира. Панель помещается в флэш-тестер на заводе-изготовителе. Тестер выдает излучение, эквивалентное 1000 Вт/м2, температуру ячейки 25°C и массу воздуха 1,5 г. Электрические параметры записываются, и вы можете найти эти результаты в листе технических характеристик каждой панели. Рейтинги покажут выходную мощность, эффективность, напряжение, ток, устойчивость к ударам и температуре.

Помимо STC, каждый производитель использует NOCT (номинальная рабочая температура ячейки). Используемые параметры более близки к реальному сценарию: рабочая температура модуля с открытым контуром при освещенности 800 Вт/м2, температура окружающей среды 20°C, скорость ветра 1 м/с.